4 通电导线在磁场中受到的力
课后篇巩固提升
基础巩固
1.把一小段通电直导线放入磁场中,导线受到安培力的作用,关于安培力的方向,下列说法正确的是( )
A.安培力的方向一定跟磁感应强度的方向相同
B.安培力的方向一定跟磁感应强度的方向垂直,但不一定跟电流方向垂直
C.安培力的方向一定跟电流方向垂直,但不一定跟磁感应强度的方向垂直
D.安培力的方向既跟磁感应强度的方向垂直,又跟电流方向垂直
解析安培力的方向既垂直于磁场方向,又垂直于电流的方向,即垂直于磁场与电流所决定的平面,但电流方向与磁场方向不一定垂直。
答案D
2.(多选)把通有电流I、长度为L的直导线放在磁感应强度为B的匀强磁场中,下列关于安培力大小的说法正确的是( )
A.可能为0 B.一定为BIL
C.可能小于BIL D.可能大于BIL
解析导线与磁场方向平行时,导线受到的安培力为0,A对;当导线与磁场方向垂直时,导线受到的安培力最大为BIL,C对,B、D错。
答案AC
3.
右图是“探究影响通电导体在磁场中受力因素”的实验示意图。三块相同蹄形磁铁并列放置在水平桌面上,导体棒用图中轻而柔软的细导线1、2、3、4悬挂起来,它们之中的任意两根与导体棒和电源构成回路。认为导体棒所在位置附近为匀强磁场,最初导线1、4接在直流电源上,电源没有在图中画出。关于接通电源时可能出现的实验现象,下列叙述正确的是( )
A.改变电流方向同时改变磁场方向,导体棒摆动方向将会改变
B.仅改变电流方向或者仅改变磁场方向,导体棒摆动方向一定改变
C.增大电流的同时改变接入导体棒上的细导线长度,接通电源时,导体棒摆动幅度一定增大
D.仅拿掉中间的磁铁,导体棒摆动幅度不变
解析由F=BIL和左手定则可知,仅改变电流方向或者仅改变磁场方向,F的方向一定改变,即导体棒摆动方向一定改变,而两者同时改变时,F方向不变,则导体棒摆动方向不变,故B正确,A错误;当I增大,但L减小时,F大小不一定改变,C错误;仅拿掉中间的磁铁,意味着导体棒受力长度减小,则F应减小,则导体棒摆动幅度一定改变,D错误。
6
答案B
4.在赤道上空,有一条沿东西方向水平架设的导线,当导线中的自由电子自西向东沿导线做定向移动时,导线受到地磁场的作用力的方向为( )
A.向北 B.向南 C.向上 D.向下
解析导线中的自由电子自西向东沿导线定向移动时,形成的电流自东向西。赤道上空地磁场方向由南水平指向北,由左手定则可判断导线受到的安培力方向向下。故D正确。
答案D
5.下图为某同学设计的研究磁场对通电金属棒作用的实验装置。当闭合开关时,有电流通过金属棒,观察到金属棒向左运动,则下列说法正确的是( )
A.此时通过金属棒的电流是由电源经b流向a
B.若调换U形磁铁的磁极,则金属棒仍向左运动
C.若调换流经金属棒的电流方向,则金属棒仍向左运动
D.若同时调换U形磁铁的磁极和流经金属棒的电流方向,则金属棒仍向左运动
答案D
6.
如图所示,导线框中电流为I,导线框垂直于磁场放置,磁感应强度为B,AK与CD相距为d,则MN所受安培力大小( )
A.F=BId
B.F=BIdsin θ
C.F=BIdsinθ
D.F=BIdcos θ
解析题中磁场和电流垂直,θ角仅是导线框与金属杆MN间夹角,不是电流与磁场的夹角。
答案C
7.
6
如图所示,长为2l的直导线折成边长相等、夹角为60°的V形,并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中,磁感应强度为B。当在该导线中通以大小为I的电流时,该V形通电导线受到的安培力大小为( )
A.0 B.0.5BIl
C.BIl D.2BIl
解析V形通电导线的等效长度为图中虚线部分,所以F=BIl,故选C。
答案C
8.
(多选)如图所示,纸面内的金属圆环中通有电流I,圆环圆心为O、半径为R,P、Q为圆环上两点,且OP垂直于OQ,磁感应强度大小为B的匀强磁场垂直于纸面向里,则( )
A.整个圆环受到的安培力大小为2πBIR
B.整个圆环受到的安培力大小为0
C.圆弧PQ受到的安培力大小为BIR
D.圆弧PQ受到的安培力大小为2BIR
解析根据左手定则可知,整个圆环关于圆心对称的两部分受到的安培力等大反向,受到的合力为0,选项A错,B对;圆弧PQ受到的安培力大小等于直线段PQ受到的安培力大小,为2BIR,选项C错,D对。
答案BD
能力提升
1.
如图所示,一段导线abcd位于磁感应强度大小为B的匀强磁场中,且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直。线段ab、bc和cd的长度均为L,且∠abc=∠bcd=135°。流经导线的电流为I,方向如图中箭头所示。导线段abcd所受到的磁场的作用力的合力( )
A.方向沿纸面向上,大小为(2+1)ILB
B.方向沿纸面向上,大小为(2-1)ILB
C.方向沿纸面向下,大小为(2+1)ILB
6
D.方向沿纸面向下,大小为(2-1)ILB
解析将导线分为三段直导线,根据左手定则分别判断出各段所受安培力的方向,根据F=ILB计算出安培力的大小,再求合力。导线所受合力F合=ILB+2BILsin 45°=(2+1)ILB,方向沿纸面向上。
答案A
2.
在xOy水平面中有一通电直导线与y轴平行,导线中电流方向如图所示,该区域有匀强磁场,通电导线所受磁场力的方向与Oz轴正方向相同,该磁场的磁感应强度的方向是( )
A.沿x轴负方向且一定沿x轴负方向
B.一定沿y轴负方向
C.可能沿z轴正方向
D.可能沿x轴负方向
答案D
3.如图所示,电磁炮是由电源、金属轨道、炮弹和电磁铁组成。当电源接通后,磁场对流过炮弹的电流产生力的作用,使炮弹获得极大的发射速度。下列各俯视图中正确表示磁场B方向的是( )
解析由左手定则可知,图A示磁感应强度方向使炮弹受到的安培力向后,图B示磁感应强度方向使炮弹受到的安培力向前,图C示磁感应强度方向使炮弹受到的安培力为零,图D示磁感应强度方向使炮弹受的安培力为零,只有B符合实际。
答案B
4.如图所示,D为置于电磁铁两极间的一段通电直导线,电流方向垂直于纸面向里。在开关S闭合后,导线D所受磁场力的方向是( )
6
A.向上 B.向下 C.向左 D.向右
解析由右手螺旋定则,软铁芯在导线处的磁场方向向左,由左手定则,导线D受到的磁场力方向向上,选项A正确。
答案A
5.
物理老师在课上做了一个“旋转的液体”实验,实验装置如图所示:装有导电液的玻璃器皿放在上端为S极的蹄形磁铁的磁场中,器皿中心的圆柱形电极与电源负极相连,内壁边缘的圆环形电极与电源正极相连。接通电源后液体旋转起来。关于这个实验,以下说法正确的是( )
A.液体中电流由边缘流向中心:从上往下俯视,液体逆时针旋转
B.液体中电流由边缘流向中心:从上往下俯视,液体顺时针旋转
C.液体中电流由中心流向边缘:从上往下俯视,液体逆时针旋转
D.液体中电流由中心流向边缘:从上往下俯视,液体顺时针旋转
答案A
6.
如图所示,三根通电长直导线P、Q、R互相平行且通过正三角形的三个顶点,三条导线中通入的电流大小相等,方向垂直纸面向里;通过直导线产生磁场的磁感应强度B=kIr,I为通电导线的电流大小,r为距通电导线的垂直距离,k为常量;则通电导线R受到的磁场力的方向是( )
A.垂直R,指向y轴负方向
B.垂直R,指向y轴正方向
C.垂直R,指向x轴正方向
D.垂直R,指向x轴负方向
答案A
7.如图甲是磁电式电流表的结构示意图,蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布,如图乙所示,边长为L的正方形线圈中通以电流I,线圈中的某一条a导线电流方向垂直纸面向外,b导线电流方向垂直纸面向里,a、b两条导线所在处的磁感应强度大小均为B,则( )
6
A.该磁场是匀强磁场
B.该线圈的磁通量为BL2
C.a导线受到的安培力方向向下
D.b导线受到的安培力大小为BIL
解析该磁场明显不是匀强磁场,匀强磁场应该是一系列平行的磁感线,方向相同,故A错误;线圈与磁感线平行,故磁通量为零,故B错误;a导线电流向外,磁场向右,根据左手定则,安培力向上,故C错误;导线b始终与磁感线垂直,故受到的安培力大小一直为ILB,故D正确。
答案D
8.在磁场中的同一位置,先后引入长度相等的直导线a和b,a、b导线的方向均与磁场方向垂直,但两导线中的电流不同,因此所受到的力也不相同。下面的四幅图象表示的是导线所受到的力F与通过导线的电流I的关系。a、b各自有一组F、I的数据,在图象中各描出一个点。其中正确的是( )
解析两条相同的导线通入不同的电流先后放在磁场中的同一点,并且电流方向都与磁场方向垂直,由于磁场方向是不变的,故导线所在处的磁感应强度B是确定的。根据磁感应强度的定义式B=FIL可知,当L确定时,F∝I,则F-I图象应是一条过原点的直线,故C对。
答案C
6
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